2017 Fiscal Year Annual Research Report
The development of density functional theory which can describe excited electronic state of hybrid system with both molecule and periodic solid state and its applications
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26410030
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
宋 鍾元 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究機構, 客員主管研究員 (70612167)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川島 雪生 国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究機構, 研究員 (90452739)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | DFT |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は孤立分子系と周期系（固体表面や結晶）双方の混じった系の基底電子状態や励起状態の高精度計算を実現できる手法を開発し、それの応用計算を行うことを目的にする。そのために我らが開発してきた長距離補正密度汎関数法（LC-DFT)を分子系だけでなく、周期系にも適用できるようにし、分子系と周期系が混じった系へ適用計算をして、その適用性を確認することを目標として研究を進めた。
まず、我らはLC-DFT法が分子系と周期系双方の混じった系の電子状態の計算が出来るようにするために長距離Hartree-Fock交換積分の計算の加速化に励み、二つのガウス関数を用いて長距離補正密度汎関数と同程度の精度でなお且つ加速化された計算が出来るような密度汎関数法［LC-DFT(2Gau)]の開発に成功した。その加速化のためにガウス関数の2電子演算子の交換積分の加速化が出来るようなGaussian Multipole Screening法を開発し、加速化に成功した。それを用いて、LC-DFT(2Gau)法の加速化を確認し、通常のLC-DFT法より、周期系の計算で20倍近く加速化されることを確認した。
この周期系に適用が可能になったLC-DFT法を用いて、我らは固体表面に分子が吸着された系の吸着エネルギーの計算を行い、LC-DFT法の有効性を試した。特に銅の表面の上にCO分子が吸着されている系へ適用計算を行った。その結果、LC-DFT法は格子定数だけでなく、吸着エネルギー、表面エネルギーの計算に優れた計算結果を出すことを確認した。
その後、我らは分子系と周期系双方の混じった系の励起電子状態の計算が出来るようなLC-DFTを開発するために、Crystal14ソフ量子科学ソフトが励起電子状態の計算が出来ることに着目し、我らのLC-DFT(2Gau)法をCrystal14に実装に励み、それに成功した。
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